一种新型萜类合成酶控制两种袖蝶属蝴蝶抑性欲信息素产生的差异.md

一种新型萜类合成酶控制两种袖蝶属蝴蝶抑性欲信息素产生的差异.md

Administrator 2 2020-08-06

一种新型萜类合成酶控制两种袖蝶属蝴蝶抑性欲信息素产生的差异

2021年1月19日，来自剑桥大学Chris D. Jiggins实验室在PLOS BIOLOGY在线发表《A novel terpene synthase controls differences in anti-aphrodisiac pheromone production between closely related Heliconius butterflies》一文。

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​ 植物和昆虫经常使用相同的化合物进行化学通讯，但关于这种化学信号的趋同进化的遗传学基础了解的很少。(E)-β-罗勒烯是一种常见的花香味成分，也被红带袖蝶作为一种抑性欲信息素。萜类化合物的生物合成在植物和微生物中研究的较为广泛，但很少有萜类合成酶(TPSs)具有在昆虫中被鉴定出来。在此，研究人员研究红带袖蝶和青衫黄袖蝶在(E)-β-罗勒烯存在下的差异，结合基因连锁定位，基因表达和功能分析，鉴定了2个新的TPSs。此外,还证明了HmelOS能够在体外合成(E)-β-罗勒烯。但找不到HcydOS (H. cydno的HmelOS同源基因)的TPS活性，(E)-β-罗勒烯的丢失是编码的结果，而不是调控的结果。这里发现的TPS酶与之前描述的植物和昆虫的TPS无关，证明化合物的趋同进化有独立的进化起源。

​ 在红带袖蝶中，(E)-β-罗勒烯一种抑性欲信息素，在交配时从雄性转移到雌性以阻止随后其他雄性交配。花中也含有大量的(E)-β-罗勒烯，在红带袖蝶成虫吸食花蜜时可以引起雄性和雌性的强烈的触角生理反应。因此，这种化合物的作用是与环境相关的功能，包括吸引成虫取食和对交配后雌性对雄性排斥。

Expansion of IDSs in genome of H. melpomene

  • Heliconius contains 2 putative FPPSs, 4 putative copies of decaprenyl diphosphate synthase (DPPS) subunit 2, and 7 putative geranylgeranyl diphosphate synthases (GGPPSs).

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QTL for (E)-β-ocimene production on chromosome 6

Patterns of gene expression identify HMELOS and HMEL037108g1 as candidates

  • 这两个物种可以产生杂交代，F1雌性不育，F1雄性可以产生回交代，F1雄性与两种雌性物种产生回交代，(E)-β-罗勒烯合成酶基因表型在F1雄性与青衫黄袖蝶雌性的回交代中产生性状分离。

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  • 通过对114个个体的定量性状位点(QTL)定位，在第6号染色体上检测到一个与(E)-β-罗勒烯数量相关的显著性单峰。

  • 由于(E)-β-罗勒烯存在于雄性红带袖蝶的腹部，我们推测其合酶在雄性和雄性组织中高度表达。

  • HMELOS和HMEL037108g1是唯两个在H. melpomene腹部比H. cydno腹部表达偏雄的基因。

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Functional characterisation demonstrates the TPS activity of HmelOS and HMEL037108g1

从H. melpomene中克隆了HMELOS和HMEL037108g1，以及HMELOS的H. cydno同源物HCYDOS，并在大肠杆菌中获得了这两种蛋白的异体表达，然后，用表达蛋白的前体进行酶学分析，以表征其酶功能。

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Evolutionary history of gene family containing Heliconius TPSs

袖蝶属 TPSs与植物罗勒烯合成酶不在同一个分支中，代表了袖蝶属和植物拥有独立的罗勒烯合成酶起源。此外，在半翅目和鞘翅目昆虫中，Heliconius TPS酶与已知的昆虫TPS酶不属于一类。

Heliconius TPS酶与GPP和GGPP合成酶分到一支，而不是FPP合成酶。因此，与其他昆虫的TPS酶相比，Heliconius的TPS酶具有独立的进化起源。

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Reference

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001022

基因组 转录组 昆虫 化学感受